大型深孔钻床移动工作台结构分析及优化

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1、第一章绪论1绪论1.1研究背景及意义一个国家的综合国力的高低依靠经济发展是否稳定、科技是否发达，而经济的发展、科技的进步与国家的制造业水平有很大的关系。制造业是国家经济的主要产业，是体现国家的核心竞争力，是国防军事安全的可靠保证。装备制造业是制造业的核心，而大型制造设备是装备制造业里面的重点和难点，全世界每年有很多的人力、物力来研究大型制造设备。经过数据调研表明，孔的加工在机加工里面占到相当大的比例，大约是35%，孔又分为深孔和一般孔，深孔加工大约占到孔加工的40%[1]。在深孔加工过程中，刀杆的刚性差，排屑困难以及不能直接观察到刀具的磨损

2、情况等都使得深孔加工变得十分复杂。因此，国内外对深孔加工的理论基础、加工方法等进行了大量的研究，取得了大量的重要成果。在现在工业快速发展中，对深孔加工技术的应用随着科学技术的发展，产品的更新速度加快变得更加广泛，新型高硬度、高强度的难加工工件不断出现，不管对深孔加工技术的质量、加工的精度、加工的成本，还是对加工的效率都提出了更高的要求。深孔加工技术的过程和特点决定了它的难加工性，正因为这样，深孔加工的大型设备是制造业里面的重中之重，也需要对它进行大量研究[3]。在换热器产品中，为了提高换热效率，一方面主要部件采用紫铜、纯铝等导热系数较大的材

3、料；另一方面设置大量的换热介质通道，通过换热介质的循环进一步增强换热效果。其中一些通道采用多排单孔结构，如图1-1（a）所示。但随着市场竞争的日趋激烈，换热器生产企业，为了节省材料，降低生产成本，提高企业产品的竞争力，换热板厚度设计的越来越薄。这样如果通道仍采用多排单孔结构，则由于孔径的限制，直接影响通道截面面积的大小。因此，常采用图1-1（b）～（d）所示多排二连、三连甚至更多连交错孔来增大通道截面面积，以保证换热器的换热效果。（c）多排三连孔（a）多排单孔（b）多排二连孔（d）多排五连孔图1-1换热器换热介质通道截面Fig.1-1Hea

4、texchangermediachannelsection如炼钢炉铜冷却壁上的通道孔，当采用多排单孔结构时孔径为Φ48~Φ55mm；当采用多排二连孔时结构孔径为Φ36~Φ44mm；当采用多排三连孔时结构时孔径为Φ35mm；当采用多排五连孔时结构时孔径为Φ25mm。孔深度达2000~4000mm，属于深孔或超深孔，必须采用深孔加工的方法进行其加工。但紫铜材料由于塑性大，强度、硬度低，线膨1万方数据西安理工大学工程硕士专业学位论文胀系数大等，在对其进行多排单孔加工时，用一般深孔加工方法，因断屑、排屑困难，只能采用低速小进给进行加工，且在加工过程

5、经常发生堵屑现象，严重影响这些孔的加工质量和加工效率，已成为限制企业新产品开发和生产的难题。本项研究就是针对铜冷却壁零件上多排深孔加工的难题，将先进的振动切削技术与BTA钻深孔加工系统相结合，研制开发铜冷却壁多排深孔振动切削钻床，着重进行安装工件移动工作台的设计开发及性能分析，以便提高移动工作台的工作性能及可靠性，为改善刀具切削性能，延长刀具寿命，提高铜冷却壁零件多排深孔的加工质量和加工效率等奠定基础，研究工作具有重要的现实意义。1.2深孔加工技术1.2.1普通深孔加工方法概述深孔加工目前根据工作原理大致分为枪钻、BTA钻、喷吸钻和DF钻[

6、3]。枪钻中切屑从钻杆外面排出，容易破坏加工好的孔表面，并且钻杆上面有排屑槽，影响了钻杆的刚度，大大降低了钻杆及刀具的寿命，加工原理图如图1-2所示。图1-2枪钻工作原理Fig.1-2TheprincipleofgundrillingBTA钻系统目前发展比较成熟，刀具的使用也标准化、系列化。其采用自钻杆内排屑的方法，把高压切削液从被加工孔的内壁和钻杆外壁之间的缝隙送到刀具，对刀具进行润滑和冷却，最后把切屑从钻杆内部带走。但是这种内排屑的方法容易造成切屑滞留，所以此加工方法适用于直径大于Φ16mm的深孔。加工原理图如图1-3所示。图1-3BT

7、A钻工作原理Fig.1-3TheprincipleofBTAdrilling2万方数据第一章绪论喷吸钻是在为了客服BTA钻排屑困难的基础上提出的，而DF钻也是在喷吸钻的基础上改的。本项研究的重点是振动钻削的深孔加工技术，喷吸钻和DF钻不在过多介绍。相对上面四种深孔加工技术，振动深孔钻削技术的加工原理还是比较独特的，此种方法在制造业的应用也取得了较理想的效果，值得深入研究和推广。1.2.2振动深孔钻削技术概述振动钻削技术是在切削理论与振动理论上研发出的比较独特的深孔钻削方法，其属于振动切削的一种。振动钻削技术是在普通钻孔方法的基础上，给刀具或

8、工件施加一定振幅和频率的振动，从而改变刀具和工件之间的接触关系[4]。它与普通钻削方法的区别是振动钻削技术通过在工件和刀具之间安装激振装置来引入相对运动，进而影响切削用量，使得深